Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

"Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева"

Кафедра "Электроэнергетика, электроснабжение и силовая электроника"

Реферат по дисциплине

"Техника высоких напряжений"

Выполнил:

Заботин А.А.

Проверил:

Фитасов А.Н.

Нижний Новгород 2022

План

Вращающаяся электрическая машина - это электротехническое устройство, предназначенное для преобразования энергии на основе электромагнитной индукции и взаимодействия магнитного поля с электрическим током, содержащее, по крайней мере, две части, участвующие в основном процессе преобразования и имеющие возможность вращаться или поворачиваться относительно друг друга.

Защита вращающихся электрических машин.

Защита от атмосферных перенапряжений для электрифицированных агрегатов, отключаемых во время грозы, не требуется. Защита питающихся по гибкий кабелям одноковшовых экскаваторов, не отключаемых при грозе, от атмосферных перенапряжений, должна выполняться комплектом вентильных разрядников. генератор мощность трансформаторный

Защита вращающихся электрических машин (насосов и землесосов, установок гидромеханизации, насосов водоотливных установок и т.п.), присоединенных к ВЛ напряжением 6-10 кВ непосредственно или через короткие (до 50 м) кабельные вставки, должна осуществляться с учетом грозовой активности к мощности двигателей.

В районах с сильной грозовой активностью, но при суммарной мощности двигателей менее 1000 кВт, а также в районах с умеренной и слабой грозовой активностью и суммарной мощностью двигателей 3000 кВт и более рекомендуется выполнять защиту по упрощенной схеме.

В районах с умеренной и слабой грозовой активностью при суммарной мощности двигателей менее 3000 кВт защита может выполняться без установки защитных емкостей.

Защита вращающихся электрических машин (насосов и землесосов, установок гидромеханизации, насосов водоотливных установок и т.п.), присоединенных к ВЛ напряжением 6-10 кВ непосредственно или через короткие (до 50 м) кабельные вставки, должна осуществляться с учетом грозовой активности к мощности двигателей.

Двигатели напряжением до 1000 В, присоединенные непосредственно к БЛ, специальной защиты не требуют, если длина ВЛ, питающей двигатели, не превышает 500 м. При большей длине ВЛ на концевой опоре необходимо устанавливать искровой разрядник с зазором 7-10 мм.

Классификация по степени защиты регламентируется ГОСТ IEC 60034-5-2011. Обозначение степени защиты состоит из характеристических букв латинского алфавита IP и последующих двух характеристических цифр, указывающих на соответствие машин требованиям, описанным в таблицах 1, 2 и 3.(1)

Одна характеристическая цифра. Если требуется обозначить степень защиты только одной характеристической цифрой, то опущенные цифры должны быть заменены буквой X, например IPX5 или IP2X.

Вспомогательные буквы. Дополнительную информацию можно вводить с помощью вспомогательных букв, следующих за второй характеристической цифрой. При использовании более одной буквы должна быть соблюдена алфавитная последовательность.

Для машин специального назначения (например, машин с разомкнутой системой охлаждения, устанавливаемых на палубе кораблей, с закрытыми во время стоянки входными и выходными воздухозаборными отверстиями) за цифрами может следовать буква, указывающая, проводят ли проверку или испытание на защищенность от вредных воздействий проникающей воды невращающейся машины (буква S) или вращающейся машины (буква М). В этом случае степень защиты должна быть указана для каждого состояния машин, например IP55S / IP20M.

Отсутствие букв S и М означает, что требуемая степень защиты будет обеспечена при всех нормальных условиях эксплуатации машин.

Для открытых машин, охлаждаемых воздухом и предназначенных для использования при определенных погодных условиях, а также снабженных дополнительными средствами защиты, может быть использована буква W, следующая за буквами IP.

Пример обозначения структура условного обозначения

Первая цифра в структуре условного обозначения степени защиты

Обозначение степени защиты. Первая характеристическая цифра обозначает обеспечиваемую оболочкой степень защиты персонала от прикосновения к токоведущим и движущимся частям, находящимся внутри оболочки, а также защиту машин от проникновения в них инородных твердых тел.

В таблице 1 в третьем столбце приведено подробное описание предметов, которые не должны проникать в оболочку при соответствующей степени защиты, обозначаемой первой характеристической цифрой.

Термин "не должны проникать" означает, что часть тела, инструмент или проволока, которую держит человек, не должны проникнуть в машину или, в случае проникновения, между ними и токоведущими частями или движущимися частями (гладкие вращающиеся валы и подобные им части не считают опасными) должно остаться достаточное (безопасное) расстояние.

В третьем столбце таблицы 1 указаны также минимальные размеры твердых инородных тел, которые не должны проникать в машину.

Таблица 1

Степени защиты, обозначение первой характеристической цифрой

Соответствие указанным степеням защиты. Соответствие оболочки указанной степени защиты означает, что данная оболочка должна также удовлетворять всем более низким степеням защиты, приведенным в таблице 1. Испытания, устанавливающие соответствие указанным более низким степеням защиты, не проводят, за исключением особых случаев.

Внешние вентиляторы. Лопасти и крыльчатки вентиляторов, находящиеся вне оболочки, должны быть защищены от прикосновения к ним с помощью защитных устройств, соответствующих требованиям таблицы 2.

Таблица 2

Требования к испытаниям защитных устройств

При испытании ротор должен медленно поворачиваться. Например, это может быть осуществлено руками.

Гладкие вращающиеся валы и подобные им части не считают опасными.

Отверстия для слива конденсата. Если машина имеет отверстия для слива конденсата, то необходимо учесть следующее:

- отверстия для слива конденсата, которые открыты при нормальной работе, должны быть открыты и при испытании;

- отверстия для слива конденсата, которые закрыты при нормальной работе, должны быть закрыты и при испытании;

- если машина со степенью защиты IРЗХ или IP4X предназначена для работы с открытыми отверстиями для слива конденсата, эти отверстия должны иметь защиту IP2X;

- если машина со степенью защиты IP5X предназначена для работы с открытыми отверстиями для слива конденсата, эти отверстия должны иметь защиту IP4X.

Вторая цифра в структуре условного обозначения степени защиты. Вторая характеристическая цифра означает степень защиты, обеспечиваемую оболочкой, от вредных воздействий проникающей воды.

В третьем столбце таблицы 3 приведено подробное описание типа защиты, обеспечиваемой оболочкой, для каждой степени защиты в соответствии со второй характеристической цифрой.

Открытая машина, охлаждаемая воздухом, является защищенной от внешних воздействующих факторов, если благодаря конструктивным мерам снижено проникновение капель дождя, снега и частиц, находящихся в воздухе, до такой степени, что это не мешает нормальной работе машины.

Эту степень защиты обозначают буквой W, следующей за второй характеристической цифрой.

Для второй характеристической цифры до шести включительно оболочка с указанной степенью защиты удовлетворяет всем более низким степеням защиты, приведенным в таблице 3. Вследствие этого испытания, устанавливающие указанные более низкие степени защиты, не проводят, за исключением сомнительных случаев.

На степени защиты IPX7 и IPX8 требование о том, что указанная степень защиты, обеспечиваемая оболочкой, удовлетворяет всем более низким степеням защиты, приведенным в таблице 3, не распространяется.

Таблица 3

Степени защиты, обозначение второй характеристической цифрой

Маркировка степени защиты.

Рекомендуется характеристические буквы и цифры наносить на табличку номинальных данных машин или, если это невозможно, на оболочку.

Если все части машины имеют различные степени защиты, то следует сначала приводить обозначение самой низкой степени защиты, а затем, при необходимости, более высокой степени защиты и обозначение части машины, к которой относится эта степень защиты.

Примечание - Поскольку место на табличке номинальных данных ограничено, обычно разрешается указывать только самый низкий код IP. Части или компоненты машины, имеющие более высокие степени защиты, должны быть указаны в сопроводительной документации и/или в инструкции по эксплуатации.

Допускается не указывать на табличке номинальных данных или в сопроводительной документации наименьшие степени защиты:

- защитных устройств наружных вентиляторов;

- отверстий для слива конденсата.

Если способ монтажа машины на месте эксплуатации влияет на степень защиты, то необходимые средства монтажа должны быть указаны изготовителем на паспортной табличке или в инструкции по монтажу.

2. Присоединение вращающихся машин к ЛЭП. Защита: изоляции вращающихся машин от волн набегающих с ЛЭП, линейных подходов при защите вращающихся машин, генераторов от индуктированных перенапряжений, машин малой мощности, генераторов при трансформаторной связи с ВЛ

Присоединение вращающихся машин к воздушным линиям.

При передаче энергии на генераторном напряжении по экономическим соображениям иногда стремятся отказаться от кабельных линий в пользу воздушных. В этих случаях возникает проблема защиты, вращающихся машин от атмосферных перенапряжений.

В недавнем прошлом аппаратура и схема защиты машин не были достаточно надежны. В связи с этим РУ по защите от перенапряжений издания 1954 г. ограничивали мощность генераторов, для которых допускалось приключение к воздушным линиям, значением 12 Мвт. Такое ограничение относится к годам, когда: максимальные мощности генераторов не превосходили 50-100 Мвт.

В настоящее время возможности надежной защиты изоляции генераторов резко возросли. На районных станциях становятся типовыми машины мощностью 200-300 Мвт. В этих условиях следует признать вполне возможным при наличии резерва присоединение воздушных линий к генераторам мощностью 25 Мвт или даже выше, что в ряде случаев дает большой экономический эффект.

Основное внимание в проблеме грозозащиты вращающихся машин уделяется генераторам. Но аналогичная проблема возникает и при защите двигателей, если к шинам приемной подстанции приключены воздушные линии и двигатели высокого напряжения.

Защита изоляции вращающихся машин от волн, набегающих с линий.

Импульсные токи в РВМ при надлежащей защите подходов ограничиваются до 3-5 ка. Таким токам соответствуют импульсные напряжения (2,7 +3) Uн, где Uн - номинальное напряжение машины. Уровни изоляции машины в эксплуатации задаются профилактическими испытаниями. Для машин, приключённых к воздушным линиям, испытательные напряжения должны приниматься по крайней мере 1,7 Uн на переменном напряжении и 3,0 Uн на выпрямленном напряжении.

Для снижения крутизны набегающих волн вблизи машин устанавливаются конденсаторы общей емкостью 0,25-0,5 .мкф на фазу. В качестве емкости на шинах станции обычно применяются "косинусные" конденсаторы типа КМ.

Вращающиеся машины мощностью более 15 000 кВА запрещается включать непосредственно на воздушные линии (без разделяющего трансформатора). Вращающиеся машины, работающие на воздушные линии через трансформаторы, как правило, специальной защиты не требуют.

Основным средством защиты вращающихся машин, работающих непосредственно на воздушные линии, являются магнитно-вентильные разрядники типа РВМ. Разрядники РВМ, стоимость которых относительно мала, устанавливаются около каждого генератора большой мощности. Один комплект РВМ и конденсаторы устанавливаются на шинах. Исключение составляют схемы, в которых к шинам генераторного напряжения приключено большое количество длинных кабельных линий (не переходящих в воздушные линии) и только одна-две воздушные линии. В этом случае на шинах устанавливаются только РВМ, возможно ближе к линейным присоединениям. Если суммарная емкость кабельных линий на длине 75 .м от их ввода превышает 1-2 л 1кф, надобности в установке конденсаторов для ограничеиия крутизны набегающих волн нет. Вентильные разрядники устанавливаются возможно ближе к машине либо непосредственно на выводах машины (если число машин не превышает двух), либо каждой системе шин. Если к станции подходит только одна воздушная линия, то разрядники можно устанавливать на вводе линии. Разрядники можно не устанавливать, если от станции отходит восемь или более кабельных линий длиной не менее 2 км каждая.

Для ограничения крутизны напряжения на шинах станции и защиты витковой изоляции устанавливается защитная емкость (обычно в одной ячейке с разрядником). Для одновитковых машин установка емкости не требуется. При изолированной нейтрали генератора в нейтрали устанавливается магнитно-вентильный разрядник типа РВМ параллельно с емкостью порядка 0,25-0,5 мкФ.

Схемы защиты вращающихся машин (рис. 40-37) должны обеспечивать напряжения на главной и продольной изоляции машины, не превышающие допустимого при защитном уровне не менее 50 кА. Это требование обеспечивается, если импульсные сопротивления трубчатых разрядников, установленных на подходе к станции, не превышают указанных на схемах рис. 40-37 величин и на шинах установлена емкость 0,5-0,25 мкФ на фазу. Наилучшие показатели грозоупорности имеет схема с кабельной вставкой и фидерным реактором.

Рис. 40-37. Основные схемы грозозащиты вращающихся машин. а - схема с фидерным реактором и кабельной вставкой обеспечивает показатель грозоупорности М порядка 100 лет; б - схема с кабельной вставкой и защитой подхода тросами имеет М от 15 лет при длине кабеля 100 м до 100 лет при длине кабеля 300 м; в - схема с воздушным подходом, защищенным стержневыми молниеотводами, имеет М около 10 лет.

Защита линейных подходов при защите вращающихся машин.

Основной целью защиты линейных подходов к шинам станции является ограничение импульсного тока в РВМ до относительно малых значений в 3-5 ка. С этой целью необходимо ограничения амплитуды набегающих волн и такое выполнение защиты подхода, которое бы предотвращало нарастание тока в РВМ в процессе многократных отражений волн на подходе.

На рис. 24-2 приведены кривые, позволяющие дать оценку импульсным токам в вентильных разрядниках в зависимости от длины подхода и сопротивления заземления РТ для схем на рис. 24-1. На оси ординат отложены значения токов в трех фазах вентильных разрядников, отнесенных к току молнии РТ. Кривые построены на основе методике расчета и опытов на модели. При одних и тех же l схема с тросовой защитой подхода в большей степени снижает импульсные токи в РВМ. Это объясняется растеканием тока молнии в начале подхода по ряду заземления опор.

Защита генераторов от индуктированных перенапряжении.

Целью грозозащиты генераторов является не только ограничение атмосферных перенапряжений, воздействующих на изоляцию генераторов, до величин, соответствующих испытательным напряжениям, но и всемерное снижение вероятности появления перенапряжений заданной амплитуды. Такой подход способствует повышению надежности работы генераторов. В промежуток между испытаниями изоляции имеется некоторая вероятность снижения пробивной прочности изоляции машины. Чем меньше вероятность появления перенапряжения заданной амплитуды, тем меньше и вероятность пробоя изоляции.

Вентиляторные разрядники ограничивают амплитуду перенапряжения до уровня пробивного напряжения искрового промежутка Uпр вентильного разрядника. Вероятность возникновения индуктированных перенапряжений с амплинтудой U<Uпр может снижаться емкостями.

При составлении методики расчета индуктированный перенапряжений на длинных линиях передачи обычно исходят из условия растекания связанных зарядов по линии при компенсации зарядов в линии большой емкости C (рис. 24-6) можно считать, что перенапряжение на емкости u_c (и генераторе) равно:

где q - полный заряд, высвобождающийся на линии при распаде электрического поля облака и лидерного канала.

В значение С входят емкости всех коротких кабельных участков воздушных линий, а также емкости кабельных линий, приключенных к станции на участках ~ 750 м от шин станции. Для оценки заряда q можно использовать измерения вертикальной напряженности электрического поля E_?на поверхности земли под облаками во время грозы. Максимальные зарегистрированные значения E_?были близки к 300 кв/м.

До разряда грозового облака накапливаемые на линии заряды противоположного знака приводят потенциал линии к нулевому значению. При разряде облака разрушается его электрическое поле и заряды на проводах повышают потенциал линии. Расчет для изолированной линии дает следующую формулу для индуктированного перенапряжения:

где

учитывает растекание заряда по линии длиной l вследствие неоднородности электрического поля облака вдоль линии. Высота облака над землей Н принимается равной 1000 м.

Снижение Uинд до значения испытательного напряжения статорной обмотки машины Uисп можно осуществить включением на станции емкости С, величина которой легко определяется по формуле:

где Cл - емкость воздушной линии.

Защита машин малой мощности.

Схемы защиты генераторов малой мощности упрощаются в первую очередь путем отказа от защиты воздушных подходов стержневыми или тросовыми молниеотводами при сохранении остальной защиты, в том числе воздушных противовесов. На шинах станции устанавливаются вентильные разрядники РВМ и конденсаторы. Защита двигателей высокого напряжения малой мощности, например на торфоразработках, осуществляется только разрядником и конденсатором. Только конденсаторная защита в состоянии обеспечить защиту двигателей от индуктированных перенапряжений, которые составляют основную массу атмосферных перенапряжений.

Для защиты генераторов напряжением до 500 В и мощностью до 150 кВт могут применяться плавкие предохранители, выбранные таким образом, чтобы они были отстроены от токов, проходящих через них при КЗ во внешней сети. При КЗ в генераторе плавкие предохранители должны перегорать под действием тока, подтекающего к месту повреждения от других генераторов, работающих параллельно с повреждённым.

Защита генераторов напряжением до 500В может осуществляться также с помощью автоматических выключателей. На рис.19 показана схема защиты генератора, работающего параллельно с другими генераторами. Электромагнитные расцепители YAT1 отключают автоматический выключатель в случае повреждения в нём, когда из сети приходит ток больше уставки его срабатывания. Тепловые расцепители автоматических выключателей обеспечивают защиту от внешних КЗ. При замыканиях на землю будет также срабатывать токовое реле КА 0, подключенное к ТТ, установленному в нулевой точке генератора. Поскольку токовая защита нулевой последовательности будет действовать при КЗ на землю как в самом генераторе, так и во внешней сети, для обеспечения селективности она выполняется с выдержкой времени, отстроенной от времени действия защит, установленных в сети генераторного напряжения. Контакт реле времени КТзамыкает цепь обмотки независимого расцепителя YAT2, который отключает автоматический выключатель. АВ, отключаясь, вспомогательным контактом подаёт импульс на отключение АГП, которое на генераторах мощностью 1000 кВт и менее допускается осуществлять только введением сопротивления в цепь возбуждения возбудителя. На генераторах напряжением 500 В допускается не выполнять устройства АГП. Если генератор работает на изолированную сеть, схема защиты выполняется аналогично, но АВ устанавливается со стороны нулевых выводов генератора.

Защита генераторов малой мощности напряжением 3 6 кВ выполняется с помощью реле косвенного действия на переменном или постоянном оперативном токе. На рис.20 показана схема защиты генератора мощностью 1000 кВт на переменном оперативном токе, которая содержит МТЗ и отсечку, выполненные с двумя реле. Эти реле, срабатывая, дешунтируют токовые катушки отключения выключателя YAT1,YAT2. Защита от повышения напряжения (реле KV и КТ 3) воздействует на катушку отключения YAT3, питаемую от трансформатора напряжения.

Защита генераторов при трансформаторной связи с воздушными линиями.

Волны атмосферного происхождения могут переходить через трансформаторные связи. Амплитуда переходных волн для трансформатора с соединением обмоток при воздействии волны напряжения U₀ на одну фазу со стороны высокого напряжения и свободных обмотках низкого напряжения примерно равна

Напряжение может возрасти вдвое вследствие развития колебаний на генераторном напряжении. Однако волновое сопротивление обмоток генератора сглаживает эти колебания, в результате чего перенапряжения не достигают опасных значений. Современная теория и практика показывают, что защита трансформаторов со стороны высокого напряжения служит одновременно и надежной защитой генераторов.

Перенапряжения, точнее индуктированные перенапряжения, могут появиться на генераторах, связанных с трансформаторами гибкими воздушными шинопроводами. При этом предполагается, что шинопроводы защищены от п. у. м. стержневыми молниеотводами (рис. 24-7,а).

Расчетным случаем является разряд в молниеотвод. Величины емкости, необходимые для ограничения перенапряжений до допустимых значений в зависимости от длины перемычки l и расстояния между перемычкой и молниеотводом, показаны на рис. 24-7,б. Даже при b=5 м и l= 100 м С_ш не превышает 0,3 .мкф на фазу. Обмотки мощных генераторов имеют емкость указанного порядка, и тогда надобность в дополнительных конденсаторах отпадает. При выполнении перемычки закрытым шинопроводом защиты генераторов от индуктированных перенапряжений не требуется.

Список используемой литературы

1. ГОСТ IEC 60034-5-2011. "Машины электрические вращающиеся. Классификация степеней защиты, обеспечиваемых оболочками вращающихся электрических машин (Код IP)".

2. Ларионов В.П. Аронов М.А. Молниезащита в электроэнергетике. - М.: Знак, 1999.

3. Правила устройства электроустановок / Минэнерго СССР. - 6-е изд., перераб. и доп., с изменен. - М.: Главгосэнергонадзор России, 1998.

4. Электротехнический справочник, т. 3, кн. 1, под общ. ред. профессоров МЭИ: И.Н. Орлова (гл. ред.) и др. - 7-е изд., испр. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1988.

5. Техника высоких напряжений. / Под общей редакцией Д.В. Разевига. - Изд. 2-е. - М.: Энергия, 1976.

6. Рябкова Е.Я., Заземление в установках высокого напряжения. - М.: Энергия, 1978.

7. Двоскин Л.И., Схемы и конструкции распределительных устройств. - М.: Энергия, 1974.

8. Долгинов А.И., Техника высоких напряжений в энергетике. - М.: Энергия, 1968.

9. Околович М.Н. Проектирование электрических станций. - М.: Энергоиздат, 1982.П. Шеховцов.- М.: Издательство "Профессиональное образование", 2004.- 407с.

Размещено на Allbest.ru